（环境工程专业论文）活性炭吸附工艺对化工园区生化出水的深度处理.pdf

摘要 由于太湖地区蓝藻事件的爆发，2 0 0 8 年1 月1 日起实旌的太湖地区城镇污 水处理厂及重点工业行业水污染物排放限值( d b 3 2 1 0 7 2 2 0 0 7 ) ，对太湖流域污 染减排提出了更高的要求。特别是c o d 和色度的排放标准，已经接近发达国家水 平。目前，该地区化工园区集中污水处理厂现有的污水处理设施已经很难达标排 放。 因此，面对日益严峻的环保形势，探索高效、安全、经济的深度处理工艺， 对解决太湖流域化工园区集中污水处理厂的达标排放，大幅减少排入太湖的难降 解有机毒物具有重要的推广应用价值。 论文较系统地概括固体表面吸附的基本原理，总结了国内外常用的深度处理 工艺及其优缺点，通过实验选出了适合废水水质的活性炭类型，并研究了废水在 酸枣壳( z x - t 0 4 1 ) 活性炭上的吸附行为及无机盐n a c i 对吸附的影响。研究结果 表明，化工废水生化出水( c o d 浓度1 0 0 1 2 0 m g l ) 在z x 一1 0 4 1 活性炭上的吸附 符合f r e u n d l i c h 吸附等温式，且吸附为焓推动的物理吸附过程，n a c l 的存在增 大了吸附质从液相转移到固相的作用力。 在上述研究的基础上，研究开发了活性炭吸附工艺处理化工废水生化出水的 技术工艺。论文选用z x - 1 0 4 1 酸枣壳活性炭，采用固定床吸附工艺，通过实验对 工艺条件进行了优化。实验确定最佳工艺为过滤一活性炭吸附，进水p h 为中性， 进水流速为7 m h ，每批次处理量为9 0 0 b v 。经上述工艺深度处理后出水 c o d 5 0 m g l ，基本无色度，达到太湖地区污水排放标准。 最后，本论文采用本校特色技术对吸附饱和的活性炭进行了再生，试验用模 拟废水探讨了各影响因素对再生效率影响，确定了最佳再生工艺条件，并用实际 废水进行验证。结果表明，最佳的再生条件为：活性炭一次装填量1 2 o g ，能量 源功率4 0 0 w ，反应时间1 5 m i n ，此时活性炭最佳的再生效率为9 3 ，单位质量 活性炭消耗的电功率约为l k w h k g ；对于模拟废水，在最佳的再生条件下，经过 4 次的再生，活性炭的吸附能力开始下降；但是对于实际废水，经过2 次的再生， 活性炭的吸附能力略有下降。 关键词：生化出水活性炭吸附深度处理再生 i 原书空白页 不缺内容 s i n c et h eo u t b r e a ko f b h e a l g a ei nt a i h ul a k er e g i o n ，an e we m i s s i o ns t a n d a r d ， w a si m p l e m e n t e do nj a n ，1s t ，2 0 0 8 ，w h i c hp r o p o s e dm o r es e r i o u sd e m a n d f o re m i s s i o nr e d u c t i o ni nt a i h ul a k er e g i o n e s p e c i a l l yd i s c h a r g es t a n d a r do fc o d a n dc o l o r i t ya l m o s tr e a c ht h el e v e lo fd e v e l o p e dc o u n t r i e s a tp r e s e n t ，t h el o c a l s e w a g et r e a t m e n tp l a n tc a nh a r d l ym e e tt h en e w s t a n d a r d f a c i n gw i t hi n c r e a s i n g l ys e r i o u se n v i r o n m e n t a ls i t u a t i o n ，i ti so fg r e a ti m p o r t a n c e t of i n da ne f f i c i e n t ，s a f ea n de c o n o m i c a la d v a n c e dt r e a t m e n tp r o c e s s ，n o to n l yc a ni t s o l v et h ed i s c h a r g ep r o b l e m sa n dr e d u c et h er e f r a c t o r yo r g a n i ct o x i c a n t si n t ot a i h u l a k e ，b u ta l s op r e s e n t sap r o m i s i n ga p p l i c a t i o nv a l u e i n t h i sp a p e r , t h ep r i m a r yt h e o r i e sa b o u ta d s o r p t i o no ns o l i ds u r f a c ew e r e s y s t e m a t i c a l l ys u m m a r i z e d c o m m o nu s e da d v a n c e dt r e a t m e n tt e c h n o l o g i e sw e r ea l s o d e s c r i b e da n ds u i t a b l eg a ct y p ew a ss e l e c t e d t h ea d s o r p t i o nb e h a v i o r so f w a s t e w a t e ro na x i l l a r i sz x 一2 0 4 1g a ca n dt h ei n f l u e n c eo fi n o r g a n i cs a l tn a c lo n a d s o r p t i o nw e r es t u d i e dt h o u g he x p e r i m e n t s t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h ea d s o r p t i o n o fc h e m i c a lw a s t e w a t e r ( t h ec o n c e n t r a t i o no fc o dr a n g e sf r o m10 0 - - 12 0 ) o nt o z x 1 0 4 1g a cf i t t e df r e u n d l i c hi s o t h e r me q u a t i o n ，t h e r m o d y n a m i cr e s u l t ss h o w e d t h a ta d s o r p t i o no fp - b e n z o q u i n o n eo n t oz x 一10 41g a cw a sa ne n t h a l p y - d r i v i n g p h y s i s o r p t i o np r o c e s s ，a n dt h ee x i s t e n c eo fn a c lc a u s e dm o r ef o r c ef o rl i q u i dm a s s t r a n s f e r b a s e do nt h er e s e a r c ha b o v e ，t h eg a ca d s o r p t i o np r o c e s st ot r e a tc h e m i c a l w a s t e w a t e rw a sd e v e l o p e d f i x e db e da d s o r p t i o nw a sa d o p t e da n dt h es e l e c t e dg a c w a sz x 10 41 t h ep r o c e s sp a r a m e t e r sw e r eo p t i m i z e dt h r o u g he x p e r i m e n t s t h e r e s u l t ss h o w e dt h a t ，t h eo p f i m mt r e a t i n gp r o c e s sw a sf i l t r a t i o n - g a ca d s o r p t i o n ，t h e p a r a m e t e r sw e r e ，r o o mt e m p e r a t u r e , p i - in e u t r a l ，v e l o c i t y7 m h a f t e rt r e a t m e n tb yt h e p r o c e s s ，t h ec o n c e n t r a t i o no fc o dw a sb e l o w5 0 m g la n dc o l o r i t yw a sr e m o v e d i i i e f f e c t i v e l y t h ee f f l u e n tm e tt h en e ws t a n d a r d ( d b 3 2 10 7 2 2 0 0 7 ) f i n a l l y , s p e c i a lr e g e n e r a t i o nt e c h n i q u eo fn a n j i n gu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g yw a s a d o p t e di n t h i sp a p e r w h a t sm o r e ，t h ei n f l u e n c e so nr e g e n e r a t i o nr a t i ow e r ea l s o s t u d i e da n dt h eo p t i m a lp r o c e s sw a sd e t e r m i n e d t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h eo p t i m a l r e g e n e r a t i o nc o n d i t i o n sw e r e q u a l i t yo fg a c1 2 0 9 ，p o w e r4 0 0 w , r e g e n e r a t i o nt i m e 1 5 m i n t h eb e s tr e g e n e r a t i o nr a t er e a c h e d9 3 u n d e rt h e s ec o n d i t i o n s ；f o rs i m u l a t e d w a s t e w a t e r , t h ea d s o r p t i o nc a p a c i t yd e c e a s e da f t e r4t i m e sr e g e n e r a t i o nw h i l et h e a d s o r p t i o nc a p a c i t yd e c e a s e do n l yr e g e n e r a t i o nt w i c eb yu s i n gr e a lw a s t e w a t e r k e y w o r d s ：s e c o n d a r ye f f l u e n t ；a d s o r p t i o n ；a d v a n c e dt r e a t m e n tp r o c e s s ； r e g e n e r a t i o n 目录 摘要一i a b s t r a c t i i i 第一章绪论1 1 1 化工废水深度处理概述1 1 1 1 化工废水的污染现状l l 。1 2 化工废水生化出水深度处理的必要性1 1 1 3 化工废水深度处理的主要技术2 1 2 活性炭吸附法在化工废水深度处理中的应用。5 1 2 1 活性炭吸附法的特点5 1 2 2 活性炭水处理的主要影响因素5 1 2 3 活性炭吸附法在化工废水深度处理中的应用6 1 3 本论文的研究目标及研究内容7 1 3 1 研究背景7 1 3 2 研究目标8 1 3 3 研究内容8 参考文献9 第二章吸附理论1 1 2 1 固体表面上的吸附1 l 2 1 1i 吸附1 1 2 1 2 物理吸附和化学吸附1 1 2 2 吸附等温线与吸附等温方程1 2 2 2 1 吸附等温线1 2 2 2 2 吸附等温方程1 4 2 3 吸附的动力学过程和热力学过程1 5 2 3 1 吸附的动力学过程1 5 2 3 2 吸附的热力学过程1 6 2 4 本章小结17 参考文献18 第三章活性炭的筛选及其吸附行为研究19 3 1 实验部分1 9 3 1 1 主要试剂及仪器19 3 1 2 实验方法与步骤1 9 3 1 3 分析方法2 2 3 2 实验结果与讨论2 2 3 2 i 废水预处理2 2 3 2 2 活性炭的筛选2 2 3 2 3 模拟废水在z x 1 0 4 1 活性炭上的吸附行为2 5 3 2 4 吸附热力学性质2 8 3 3 本章小结3 0 参考文献31 第四章活性炭吸附法对生化出水深度处理的工艺研究3 3 4 1 概况3 3 4 2 实验部分3 4 4 2 1 主要试剂及仪器3 4 4 2 2 分析方法3 5 4 3 实验结果与讨论3 5 4 3 1 废水预处理3 5 4 3 2 深度处理工艺的确定3 5 4 3 3 废水p h 对活性炭吸附的影响3 6 4 3 4 降流式单柱吸附实验3 7 4 3 5 吸附前后水质分析3 9 4 4 本章小结4 0 参考文献41 第五章吸附饱和活性炭再生工艺研究4 3 5 1 活性炭再生技术概述4 3 5 1 1 热再生法4 3 5 1 2 溶剂再生法4 4 5 1 3 生物再生法4 4 5 1 4 湿式氧化再生法4 5 5 1 5 超声波再生法4 5 5 1 6 电化学再生法4 5 5 2 再生方法的选择及其研究现状4 6 5 3 实验部分4 6 5 3 1 主要试剂及仪器4 6 5 3 2 实验方法与步骤4 7 5 3 3 分析方法4 8 5 4 实验结果与讨论4 8 5 4 1 活性炭量对活性炭再生效率的影响一4 8 5 4 2 功率对活性炭再生效率的影响4 9 5 4 3 反应时问对活性炭再生效率的影响5 0 5 4 4 再生次数对活性炭再生效率的影响5 1 5 5 本章小结5 3 参考文献5 4 第六章结论与展望5 7 6 1 结论5 7 6 2 展望5 7 成果5 9 致谢6 1 硕士学文论文 第一章绪论 1 1 化工废水深度处理概述 1 1 1 化工废水的污染现状 近年来我国水污染状况严重，而化工行业是废水排放大户。据统计，在全国 工业“三废 排放总量中，化工行业每年排放的工业废水量占全国工业废水排放 总量的2 0 。化工废水关系到化学工业的持续、快速和健康的发展，也关系到人 民基本生活环境的改变，日前科技部的“主要流域有毒有机物污染调查”课题组 研究表明：化工废水排放的有机有毒物已经开始影响到饮用水安全问题；化工废 水污染和严重程度对中国的化工、电力、冶金、钢铁等重污染行业敲响了警钟， 可以说中国的化工产业面临着紧迫的环保危机。 随着经济的高速发展，化工产品在人们的生产和生活中也发挥着越来越重要 的作用。但是，伴随化工产品的日益增多，化工行业水环境污染事故已成为新时 期社会经济发展牛的潜在隐患，对生态环境、人类健康和社会发展构成严重威胁。 特别是精细化工产品( 如制药、染料、日化等) 生产过程中排出的有机物质，很 大一部分都是结构复杂、有毒有害和难以生物降解的物质【1 3 】。 1 1 2 化工废水生化出水深度处理的必要性 随着水污染日益严重，水中所含污染物的种类和数量不断增多，污染成分也 越来越复杂，采用常规的二级处理方法已不能满足出水水质要求。废水深度处理 是指经过传统二级废水处理后，为进一步提高水资源回用效能所需要增加的其他 处理过程。一般情况下，对废水进行深度处理，应考虑以下因素：一是满足日渐 严格的排放标准；二是达到不同水处理回用的水质要求；三是去除二级出水中可 能含有的特殊无机组分和有机组分【4 5 j 。 由于太湖地区蓝藻事件的爆发，2 0 0 8 年1 月1 日起实施的太湖地区城镇污 水处理厂及重点工业行业水污染物排放限值( d b 3 2 1 0 7 2 2 0 0 7 ) ，对太湖流域污 染减排提出了更高的要求，具体标准见表1 1 。从表中可以看出，太湖地方标准 第一章绪论 对c o d 和色度的排放标准已经接近发达国家的要求。随着人们对传统二级出水 中残留组分对人体健康和环境影响程度的日益关注，可以预料深度处理技术将越 来越受重视d , 6 】。 表1 - 1 污水综合排放标准与现行排放标准比较 t a b 1 - lc o m p a r i s o no f w a s t e w a t e rd i s c h a r g es t a n d a r da n dc u r r e n ts t a n d a r d 1 1 3 化工废水深度处理的主要技术 1 1 3 1 高级氧化法 ( 1 ) 臭氧氧化法 臭氧在水中具有较高的氧化还原电位，常用来进行杀菌消毒、除臭、脱色等。 臭氧氧化有机物的途径有两种：直接反应和间接反应。直接反应是臭氧通过环 加成、亲电或亲核作用直接与污染物反应；间接反应是臭氧在碱、光照或其它因 素作用下，生成氧化性更强的羟基自由基( o h ) 。通过( o h ) 将水中的有机物矿化， 或使结构复杂、有毒的大分子有机物发生断链、开环等反应，生成结构简单、低 毒或无毒的小分子化合物。在国外，臭氧氧化法主要用于二级出水的杀菌、消毒。 由于一次性投入成本较高且容易产生氧化副产物，臭氧氧化法在国内的应用较少 【7 ，8 】 o ( 2 ) f e n t o n 试剂氧化法 f e n t o n 试剂是指h 2 0 2 与催化剂f e 2 + 构成的氧化体系。h 2 0 2 和f e s 0 4 按照一 定的比例混合产生氧化性极强的( o h ) ，处理废水时不仅有氧化作用而且有混凝 作用。 刘剑玉【9 】等根据某精细化工厂的废水生物降解的特点，采用f e n t o n 试剂进行 高级氧化处理。通过实验探讨了不同的h 2 0 2 和f e 2 + 浓度、反应时间、p h 等因 2 硕士学文论文 素对二级生化出水c o d 去除率的影响。在h 2 0 2 投加量为18 m m o l l ，f e s 0 4 7 h 2 0 投加量为1 2 m m o l l ，反应时间1 5 h ，废水的p h = 4 的条件下，二级生化出水的 c o d 去除率达到8 2 6 1 ，降到1 0 0 m g l 以内，能够达到国家一级排放标准。但 是在废水处理中调节p h 需要较多的酸和碱，而且用于废水的深度处理报道较少， 对于处理过程中的各种环境因素及影响规律缺乏公认。 ( 3 ) 光催化氧化法 光催化氧化法是一种新兴的废水处理技术。其氧化机理为：电子- 空穴对通过 与空气或水中的0 2 和h 2 0 作用生成( o h ) ，( o n ) 具有极强的氧化性，可以将废 水中的有机物完全降解为无污染的小分子无机物。光催化材料具有无损失、无二 次污染、可重复利用、对几乎所有的有机污染物都可实现完全降解的优点，因而 受到各国学者的普遍重视，是目前环保和材料领域研究的热点【l 】。 朱春媚【1 川等采用中压汞灯和日光光照，进行光氧化处理石油化工废水的深度 研究，结果表明，u v 与0 2 结合，处理费用低但效果差；u v 与0 3 结合，效果 好但费用高，且0 3 的溶解度低：u v 与h 2 0 2 结合，效果较好；半导体粉末作光 催化剂的效果适中，且可重复使用，但需附着固定。 1 1 3 2 生物法 生物法实质是微生物以废水中所含的污染物作为营养源的生命活动，通过自 身的代谢分解改变废水中有机物的化学结构，达到降解污染物、脱色等目的。由 于经过传统二级处理后的污水可生化性非常差，单独使用生物处理是不能达到理 想效果的，因此采用生物法深度处理化工废水需要前处理工序，提高废水的可生 化性，改善后续生物处理的效果。生物法深度处理化工废水目前研究较多的是曝 气生物滤池，多采用与物化、电化学或化学氧化法等与曝气生物滤池联用技术 【l ，2 1 o 1 1 3 3 物理化学法 ( 1 ) 膜分离法 膜分离法的原理是通过外加的推动力在膜的两边实现目标组分的分离。它的 最大特点是过程中不伴随有相的变化，仅靠一定的压力作为驱动力就能获得很好 的分离效果。主要有微滤、超滤、纳滤、反渗透等【l l 】。 潘振江【1 2 】等利用商品膜组件，进行了( 超滤+ 纳滤) 双膜法深度处理油田采 第一章绪论 出水的现场试验研究。结果表明，超滤预处理效果良好，出水油的质量浓度小于 o 0 6 m g l ，s d i l5 小于4 0 ，满足了纳滤膜进水要求。氢氧化钠+ 十二烷基磺酸钠 ( s d s ) 复合清洗剂对超滤膜污染表现出较好的清洗效果，纯水通量恢复系数高达 9 2 。在较高的回收率下，纳滤对硬度、总溶解固体( t d s ) 、s s 、和c o d 仍保 持高截留率，且保持了稳定的产水通量，系统出水水质达到油田注汽锅炉进水水 质指标。( 超滤+ 纳滤) 双膜工艺在长期运行过程中，产水通量及水质表现出较高 的稳定性。然而我国膜技术在深度处理领域的应用与世界先进水平尚有较大差 距，膜污染、浓差极化、膜清洗、高性能膜材料制备等问题都是膜技术需要解决 的技术问题。 ( 2 ) 混凝法 混凝法是通过a 1 3 + 、f e ”、c a 2 + 等盐类无机物和酰胺类有机高分子化合物与 废水中的较大分子有机物发生电中和，降低胶体粒子的电位，以吸附、架桥等形 式凝聚成大颗粒物质沉降分离而达到净水的目的。混凝沉淀工艺去除的对象主要 是污水中呈胶体和微悬浮状态的有机及无机污染物，从表观而言就是去除污水的 色度与浊度。混凝法在造纸废水的一级处理，及城市给水处理中已有较为成熟的 应用，但是在废水的深度处理的应用仍在研究中，混凝剂在处理不同污水时具有 选择性，因此，为找出合适的混凝剂，需要进行大量的实验【2 】。 ( 3 ) 吸附法 吸附法是较为常见的废水深度处理方法，主要的吸附剂有树脂、硅胶以及活 性炭等。树脂吸附法由于投入成本较高而在废水深度处理中应用较少；硅胶由于 机械强度差，不容易再生，只适于一次性使用；活性炭是一种多孔性物质，具有 较大的比表面积，对水中一些杂质具有强大的吸附作用，可以将这些杂质吸引到 空隙中，从而达到将污染物从水中分离的目的。在所有的吸附剂中，活性炭的吸 附能力是最强的，能有效的去除异味、色度，也可去除二级处理水中残留的大多 数微量有机污染物，包括一些胶体粒子、氯化有机物等【1 3 , 1 4 】。而且活性炭机械强 度大，再生容易，可以重复使用，避免废活性炭可能带来的二次污染，因此被广 泛的用于废水的深度处理中【1 5 】。 田园 1 6 】等采用颗粒活性炭对于橡胶促进剂生产废水进行吸附，结果表明p h 为4 0 - 5 0 ，进水c o d 为5 0 0 m g l ，l o o m l 废水活性炭用量为5 o g ，废水c o d 4 硕士学文论文 平均去除率达6 8 。王成福【2 0 】采用活性炭处理木糖废水当活性炭的投入量为 6 9 l ，吸附时间为3 0 m i n ，温度为6 5 c ，p h 值在5 0 左右的条件下能有效处理该 废水，c o d e r 的去除率最高达9 3 7 1 ，b o d 5 的去除率最高达9 2 7 4 。吴志皓 等用活性炭吸附处理苯酚废水，实验结果表明：在活性炭用量0 3 9 l 左右，p h 值 2 3 ，吸附温度2 0 2 5 。c ，振荡时间4 0 6 0 m i n 条件下，苯酚浓度去除率可达9 5 以 上，c o d 去除率可达9 0 以上。 1 2 活性炭吸附法在化工废水深度处理中的应用 1 2 1 活性炭吸附法的特点 ( 1 ) 活性炭对水中有机物有卓越的吸附特性 由于活性炭具有发达的细孔结构和巨大的比表面积，因此对水中溶解的有机 污染物，如苯类化合物、酚类化合物、石油以及石油产品等具有较强的吸附能力， 而且对用生物法和其他化学法难以去除的有机污染物，如色度、异臭、表面活性 物质及许多人工合成的有机化合物等都有较好的去除效果； ( 2 ) 活性炭对水质、水温及水量的变化有较强的适应能力； 对含有有机污染物的污水，活性炭在高浓度或低浓度时都有较好的去除效 果，而且适应能力强，吸附条件不苛刻； ( 3 ) 活性炭水处理装置占地面积小，易于自动控制，运转管理简单； ( 4 ) 饱和活性炭可经再生后重复使用，不产生二次污染，大大节约运行成 本【l5 1 。 1 2 2 活性炭水处理的主要影响因素 ( 1 ) 活性炭的性质 由于吸附现象发生在吸附剂表面上，所以吸附剂的比表面积是影响吸附的重 要因素之一，比表面积越大，吸附性能越好。此外，活性炭的表面化学性质、极 性以及所带电荷，也影响吸附效果。 一般情况下，用于水处理的活性炭应有三项要求：吸附容量大、吸附速度快、 机械强度好。 第一章绪论 ( 2 ) 吸附质( 溶质或污染物) 的性质 同一种活性炭对于不同污染物的吸附能力有很大差别。吸附质的溶解度、分 子构造以及极性等，对活性炭的吸附都有一定的影响。 ( 3 ) 溶液p h 的影响 溶液的p h 值控制了酸性或碱性化合物的解离度，当p h 值达到某个范围时， 这些化合物就要解离，从而影响对这些化合物的吸附。 活性炭从水中吸附有机污染物质的效果，一般随溶液p h 值的增加而降低， p h 值高于9 0 时，不易吸附，p h 值中性或弱酸性时效果越好。在实际应用中， 应通过试验确定最佳p h 范围。 ( 4 ) 溶液温度的影响 由于液相吸附时吸附热较小，所以温度的影响较小。温度主要从对吸附质的 溶解度的影响来影响活性炭的吸附。 ( 5 ) 多组分吸附质共存的影响 应用吸附法处理水时，通常水中不是单一的污染物质，而是多组分污染物的 混合物。在吸附时，它们之间可以共吸附，互相促进或互相干扰。一般情况下， 多组分吸附时分别的吸附容量比单组份吸附时低。 ( 6 ) 吸附操作条件 由于活性炭在吸附时，外扩散速度对吸附有影响，所以吸附装置的类型、接 触时间、通水速度等对吸附效果都有影响。 综上所述，影响活性炭吸附的因素很多，应综合分析。根据具体情况，选择 最佳吸附条件，以期达到最佳的吸附效果 1 7 , 1 8 】。 1 2 3 活性炭吸附法在化工废水深度处理中的应用 目前，许多国家和地区都普及了城市污水的二级处理，但其只能去除可生物 降解的有机物，对那些难以生物降解的有机物以及出水色度等，去除效果一般。 随着污水排放标准的不断提高，很多污水处理厂现有的污水处理设施已经无法满 足达标排放的要求。为此，需要对化工废水二级生化出水进行深度处理。活性炭 对废水的深度处理是以去除水中难以生物降解的有机物、降低c o d 以及脱色除 臭为主要目的。使用活性炭的典型处理流程示意图如图1 1 所示【1 9 】。 6 硕士学文论文 活 级过性杀 生炭 化吸 出滤附菌 水 出水 图1 1 活性炭深度处理工艺流程图 f i g 1 le r o c 黜c h a r to f a d v a n c e dt r e a t m e n to f g a c 1 3 本论文的研究目标及研究内容 1 3 1 研究背景 过去2 0 多年，社会经济的高速发展和迅速的城市化进程，使得我国的环境 遭到严重污染，环境问题变得非常复杂。当前我国水体污染的形势依然十分严峻， 多年来全国水污染仍在进一步恶化，重点湖泊的富营养化程度有加重趋势。在最 近的2 0 年中，太湖地区经济高速发展，虽然近年来太湖流域实施达标排放，但 由于经济的高速发展，污染排放量迅速增加，沿湖地区工业的密集发展，使现有 的控源截污措施已经无法满足既定的污染源控制目标。同时，未来较长一段时期， 该地区经济仍将处于高速发展进程之中，将面临更加巨大的环境污染压力，所面 对的挑战将是前所未有的。因此，如果不采取综合而有效的控制措施，不进一步 加强环境科技创新，污染负荷将可能突破环境承载能力的极限，恶性环境污染问 题会随时爆发。 2 0 0 7 年5 月底，太湖蓝藻爆发再次敲响了太湖生态环境恶化的警钟。以蓝 藻爆发为诱因发生的太湖水危机，严重影响到无锡市的城市供水，引起国务院高 度重视，产生了深远的影响。区域污水排放被认为是水危机的诱因之一。在此背 景下，2 0 0 7 年江苏省颁布了地方标准太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行 业主要水污染物排放限值( d b 3 2 1 0 7 2 2 0 0 7 ) ，提升了太湖地区的城镇污水处理 厂及6 大行业( 纺织染整、化学工业、造纸、电镀等) 的废水排放标准。此外， 工业园区的污水处理厂按照接纳工业污水比例的不同，也执行太湖地区城镇污 水处理厂及重点工业行业主要水污染物排放限值中相应的标准。现行地方标准 第一章绪论 d b 3 2 1 0 7 2 2 0 0 7 在排放指标的严格程度上已达到国际先进水平，其对应的技术 在很多方面尚属空白或缺乏应用实例。因此，针对废水排放标准的提升要求，开 发具有行业特点的废水深度处理技术，提高各种新技术的产业化水平，是当前太 湖流域污染减排的首要环节。 随着江苏省太湖流域污水排放标准的不断提高，该地区化工园区集中污水处 理厂现有的污水处理设施已经无法满足达标排放的要求。 面对日益严峻的环保形势，探索高效、安全、经济的深度处理工艺，对解决 太湖流域化工园区集中污水处理厂的达标排放，大幅减少排入太湖的难降解有机 毒物具有重要的推广应用价值。 1 3 2 研究目标 针对园区化工出水的实际情况，采用活性炭吸附法为主体工艺，在试验研究 的基础上，对深度处理工艺进行科学、合理的设计，确保出水色度和c o d 达标。 1 3 3 研究内容 ( 1 ) 总结国内外有关化工废水深度处理的方法，制定试验方案与计划； ( 2 ) 以太湖流域某化工园区污水处理厂二沉池出水为试验对象，通过小试 实验研究各种( 果壳类、煤质类) 活性炭的吸附平衡时间、吸附等温线类型以及 饱和吸附量等参数，以选择针对该废水水质的合适炭型； ( 3 ) 对选定炭型进行放大试验研究，以确定进水流速、穿透时间等工艺参 数，为工艺设计及工程调试提供依据： ( 4 ) 对饱和的活性炭进行再生试验并考察再生效果。 硕士学文论文 参考文献 【1 】殷永泉，邓兴彦，刘瑞辉等石油化工废水处理技术研究进展【j 】环境污染 与防治，2 0 0 6 ，2 8 ( 5 ) ：3 5 6 3 5 9 2 】梁桂玲化工废水污染状况及主要处理对策探析【j 】资源环境与节能减灾， 2 0 0 9 ( 1 0 ) ：1 2 2 1 2 4 3 】丁春生，李达钱化工废水处理技术与发展【j 】浙江工业大学学报，2 0 0 5 ， 3 3 ( 6 ) ：6 4 7 6 5 1 4 】戚雁俊，吴国龙，郑翔废水深度处理技术比较及其效能分析【j 】石油化工 技术与经济，2 0 0 9 ，2 5 ( 2 ) ：5 8 6 2 5 】章志萍高级氧化法深度处理造纸废水生化处理水的研究【d 】硕士论文 【6 】于开宁，王程，李艳等焦化废水深度处理研究进展【j 】工业水处理，2 0 0 9 ， 2 9 ( 9 ) ：1 1 - 1 4 7 】d a n i e ls t a l t e ，a x e lm a g d e b u r g ，j o r go e h l m a n n c o m p a r a t i v et o x i c i t ya s s e s s m e n t o fo z o n ea n da c t i v a t e d c a r b o nt r e a t e ds e w a g ee f f l u e n t su s i n ga ni nv i v ot e s tb a t t e r y 【j 】w a t e rr e s e a r c h ，2 0 1 0 ，1 - 1 1 8 】m m a c o v a , b i e s c h e r , j r e u n g o a t ，s c a r s w e l l ，k l e ec h u e ，j k e l l e r , j e m u e l l e r m o n i t o r i n gt h eb i o l o g i c a la c t i v i t yo fm i c r op o l l u t a n t sd u r i n ga d v a n c e d w a s t e w a t e rt r e a t m e n tw i t l lo z o n a t i o na n da c t i v a t e dc a r b o nf i l t r a t i o n j w a t e rr e s e a r c h ， 2 0 1 0 ，4 7 7 4 9 2 【9 】刘剑玉，汪晓f e n t o n 化学氧化法深度处理精细化工废水【j 】环境科学与技 术，2 0 0 9 ，3 2 ( 5 ) ：1 4 1 1 4 3 1 0 】朱春媚，陈双全等几种难降解有机废水的光化学处理研究 j 】环境科学， 19 9 8 ，l8 ( 6 ) ：2 7 - - - 3 0 【l1 e d i a l y n a s ，e d i a m a d o p o u l o s i n t e g r a t i o n o fi m m e r s e dm e m b r a n eu l t r a f i l t r a t i o nw i t hc o a g u l a t i o na n da c t i v a t e dc a r b o na d s o r p t i o nf o ra d v a n c e dt r e a t m e n to f m u n i c i p a lw a s t e w a t e r j d e s a l i n a t i o n ，2 0 0 8 ，113 - 1 2 7 1 2 】潘振江，高学理等双膜法深度处理油田采出水的现场试验研究【j 】水处理 技术，2 0 1 0 ，3 6 ( 1 ) ：8 6 - 8 9 9 第一章绪论 1 3 】季凌，吴芳云，陈进富活性炭吸附在炼油化工废水回用中的应用 j 工业 水处理，2 0 0 2 ，2 2 ( 1 1 ) ：2 5 2 7 _ 1 4 i 蒋文新，张巍，常启刚等强化活性炭吸附技术深度处理焦化废水的可行 性研究【j 】环境污染与防治，2 0 0 7 ，2 9 ( 4 ) ：2 6 5 - 2 7 1 1 5 】张素玲，郭中伟，史凯莹活性炭处理色度废水的研究 j 河北化工，2 0 0 6 ， 2 9 ( 4 ) ：5 4 5 6 1 6 】田园，陈广春，张立宝活性炭吸附处理橡胶促进剂生产废水的研究 j 】工 业水处理，2 0 0 7 ，2 7 ( 2 ) ：3 0 - 3 2 1 7 】兰淑澄活性炭水处理技术中国环境科学出版社 1 8 】方雪坤，胡宏，吴顺志活性炭间歇式吸附亚甲基蓝废水的研究 j 2 0 0 8 ， 2 2 ( 6 ) ：2 9 - 3 2 1 9 谢崇禹活性炭吸附在环保中的应用 j 】煤化工，2 0 0 6 ( 5 ) ：3 4 5 1 1 0 硕士学位论文 第二章吸附理论 吸附现象早在1 8 世纪就被人们发现，随后，关于吸附的研究越来越多。吸 附原理对于吸附的应用具有重要的指导意义。活性炭吸附法已在诸多领域取得应 用，而且吸附原理也较为成熟。本章对固体表面吸附的基本原理作一个系统、简 单的回顾和总结，旨在为活性炭吸附法对化工废水深度处理的研究及应用提供理 论基础。 2 1 固体表面上的吸附 2 1 1 吸附 吸附是指在一定条件下，一种物质分子、原子或离子自动地吸附到固体表 面的现象；或指在任意两相之间的界面层中，某种物质浓度自动发生变化的现象。 具有吸附能力的物质为吸附剂；被吸附的物质则称为吸附质】。吸附剂对吸附 质的吸附可以通过不同的作用力进行。根据吸附剂表面吸附力的不同，吸附可分 为物理吸附以及化学吸附。 2 1 2 物理吸附和化学吸附 由范德华力引起的吸附称为物理吸附，由剩余化学键引起的吸附称为化学吸 附，两者的主要特点见表2 1 。物理吸附和化学吸附并没有绝对的界限，并且纯 粹的物理吸附和化学吸附都是极端情况，一般的吸附作用都是两者综合的结果。 有时候在温度低时可能发生物理吸附，而在温度高时发生化学吸附。有时可能先 发生物理吸附，吸附后又进一步产生化学作用转为化学吸附【l , 2 1 。 第二章吸附理论 表2 1 物理吸附与化学吸附的特点 t a b 2 1c h a r a c t e r i s t i c sb e t w e e np h y s i c a la d s o r p t i o na n dc h e m i c a la d s o r p t i o n 对于物理吸附，吸附剂和吸附质之间通过范德华力相互吸引，形成吸附现象。 吸附质分子和吸附剂表面分子之间的吸引机理，与气体液化和蒸汽冷凝时的机理 类似。因此，吸附质在吸附剂表面形成单层或多层分子吸附时，其吸附热比较低， 接近其液体的汽化热或气体的冷凝热，一般低于6 0 k j